APG 21 - Controle Respiratório

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APG 21 
 
Respirar mais para compensar 
Um grupo de amigos foi esquiar nas férias, e ao 
chegar ao topo da montanha, Arthur, com falta de 
ar, começou a respirar mais rápido. Os 
paramédicos chegaram ao local e detectaram com 
o oxímetro de pulso que a saturação de 
hemoglobina estava abaixo de 95%. 
 
1. Entender a relação entre o sistema 
nervoso e a respiração (centro de comando) 
2. Estudar os mecanismos das trocas 
gasosas (compensação de O2 em situações 
normais e alteradas) 
 
1. Entender a relação entre o sistema 
nervoso e a respiração (centro de 
comando) 
Apesar de existir um controle voluntário da 
respiração, a partir do córtex cerebral, a 
respiração é um processo involuntário, 
controlada principalmente por um centro 
nervoso localizado no bulbo, de onde saem 
nervos responsáveis pela contração dos 
músculos respiratórios, sendo o mais 
importante deles o nervo frênico, que controla 
o diafragma. A regulação da respiração tem 
por objetivo manter a oxigenação e a perfusão 
adequadas de acordo com a demanda 
requerida pelo organismo, garantindo uma 
faixa normal de PO2 e PCO2 durante o 
exercício, em regiões de altitude elevada ou 
em qualquer circunstância de estresse 
respiratório. 
O centro respiratório se divide em três 
agrupamentos de neurônios localizados 
bilateralmente no bulbo e na ponte do tronco 
cerebral: grupo respiratório dorsal, 
responsável principalmente pela inspiração, 
grupo respiratório ventral, responsável 
basicamente pela expiração, e centro 
pneumotáxico, que fica na ponte e está 
envolvido com o controle da frequência e 
amplitude respiratória. Além disso, o centro 
respiratório conta com mecanorreceptores, 
quimiorreceptores e barorreceptores do 
sistema aferente. 
 
➢ O grupo respiratório dorsal gera 
potenciais de ação inspiratórios em um 
estado constantemente crescente e é 
responsável pelo ritmo básico da 
respiração. Esse grupo está localizado 
na parte distal da medula e recebe a 
entrada de quimiorreceptores 
periféricos e outros tipos de receptores 
pelas vias dos nervos vago e 
glossofaríngeo. 
 
➢ O centro pneumotáxico, localizado 
dorsalmente na parte superior da 
ponte, ajuda a controlar a taxa e o 
padrão respiratório, transmitindo sinais 
inibidores para o grupo respiratório 
dorsal e, assim, controla a fase de 
expansão do ciclo respiratório. Como 
ele limita a inspiração, tem um efeito 
secundário no aumento da frequência 
respiratória 
 
➢ O grupo respiratório ventral, 
localizado na parte ventrolateral da 
medula, pode causar expiração ou 
inspiração, dependendo de quais 
neurônios do grupo sejam estimulados. 
O grupo respiratório ventral fica inativo 
durante respiração tranquila normal, 
mas estimula os músculos expiratórios 
abdominais quando são necessários 
níveis mais elevados de respiração. 
 
O reflexo de Hering-Breuer impede a 
hiperinsuflação dos pulmões. Este reflexo é 
iniciado pelos receptores nervosos 
localizados nas paredes dos brônquios e dos 
bronquíolos. Quando os pulmões tornam-se 
excessivamente insuflados, os receptores 
enviam sinais através dos nervos vagos para 
o grupo respiratório dorsal que “desliga” a 
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rampa respiratória e, assim, impede que haja 
mais inspiração. O objetivo fundamental da 
respiração é manter concentrações 
apropriadas de O2, de CO2 e de íons 
hidrogênio nos tecidos. Dessa forma, é 
extremamente adequado que a atividade 
respiratória seja muito responsiva às 
alterações de cada um desses elementos. 
 
O excesso de CO2 ou de íons hidrogênio no 
sangue atua basicamente de forma direta 
sobre o centro respiratório, gerando grande 
aumento da intensidade dos sinais motores 
inspiratórios e expiratórios para os músculos 
respiratórios. O O2, por sua vez, não 
apresenta efeito direto significativo sobre o 
centro respiratório no controle da respiração. 
Ao contrário, esse elemento atua quase 
exclusivamente sobre os quimiorreceptores 
periféricos situados nos corpos carotídeos e 
aórticos, e esses quimiorreceptores, por sua 
vez, transmitem sinais neurais adequados ao 
centro respiratório, para o controle da 
respiração. Discutimos principalmente três 
áreas do centro respiratório: o grupo 
respiratório dorsal de neurônios, o grupo 
respiratório ventral e o centro pneumotáxico. 
Acredita-se que nenhuma dessas áreas seja 
diretamente influenciada pelas variações da 
concentração sanguínea de CO2 ou de íons 
hidrogênio. Em vez disso, existe outra área 
neural, a área quimiossensível, situada 
bilateralmente, que se encontra a apenas 0,2 
milímetro da superfície ventral do bulbo. Essa 
área é muito sensível às alterações 
sanguíneas da PCO2 ou da concentração dos 
íons hidrogênio. Tal área, por sua vez, 
estimula outras porções do centro respiratório. 
 
A excitação do centro respiratório pelo dióxido 
de carbono é maior durante as primeiras horas 
de aumento da tensão de dióxido de carbono 
no sangue, com o grau de excitação 
diminuindo gradualmente durante os próximos 
1 a 2 dias. Esse declínio é causado pelos 
seguintes mecanismos: 
 
• Os rins facilitam o retorno da concentração 
dos íons hidrogênio para um nível normal 
após o dióxido de carbono aumentar primeiro 
a concentração do íon hidrogênio. Os rins 
aumentam o bicarbonato sanguíneo, o qual se 
liga aos íons hidrogênio no sangue e no 
líquido cefalorraquidiano, reduzindo a sua 
concentração. 
 
• Mais importante: os íons bicarbonato se 
difundem através da barreira 
hematoencefálica e do líquido 
cefalorraquidiano e se combinam diretamente 
com os íons hidrogênio perto dos neurônios 
respiratórios. 
 
Além do controle da atividade respiratória pelo 
centro respiratório, ainda existe outro 
mecanismo disponível para o controle da 
respiração. Esse mecanismo é o sistema 
quimiorreceptor periférico. Em diversas áreas 
externas do cérebro, existem receptores 
químicos neurais específicos que recebem o 
nome de quimiorreceptores. Tais receptores 
são especialmente relevantes para a 
detecção de variações sanguíneas do O2, 
embora também respondam em menor grau 
às alterações das concentrações do CO2 e 
dos íons hidrogênio. Os quimiorreceptores 
transmitem sinais neurais para o centro 
respiratório encefálico, para ajudar a regular a 
atividade respiratória. 
 
Grande parte dos quimiorreceptores está 
situada nos corpos carotídeos. Entretanto, 
alguns deles também se encontram nos 
corpos aórticos e pouquíssimos deles estão 
presentes em qualquer outro local, 
associados a outras artérias das regiões 
torácica e abdominal. Os corpos carotídeos 
estão localizados nas bifurcações das artérias 
carótidas comuns e as suas fibras nervosas 
aferentes inervam a área respiratória dorsal 
da medula. Os corpos aórticos estão 
localizados ao longo do arco da aorta e as 
suas fibras nervosas aferentes também 
inervam a área respiratória dorsal. 
 
 
 
 
 
 
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Quando a concentração de O2 no sangue 
arterial baixa até menos que a normal, os 
quimiorreceptores são intensamente 
estimulados. A frequência dos impulsos é 
particularmente sensível às alterações da Po2 
arterial situadas entre 60 e 30 mmHg, faixa de 
variação onde a saturação dehemoglobina 
com o O2 diminui rapidamente. 
 
O aumento da concentração de CO2 ou de 
íons hidrogênio também estimula os 
quimiorreceptores e, dessa forma, intensifica 
indiretamente a atividade respiratória. 
Contudo, os efeitos diretos de ambos os 
fatores sobre o centro respiratório são mais 
potentes que seus efeitos mediados pelos 
quimiorreceptores (cerca de sete vezes mais 
intensos). Todavia, existe diferença entre os 
efeitos periféricos e centrais do CO2: a 
estimulação, por meio dos quimiorreceptores 
periféricos ocorre com rapidez cinco vezes 
maior que a estimulação central, assim esses 
quimiorreceptores podem ser particularmente 
importantes no aumento da velocidade da 
resposta ao CO2, no início da atividade física. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Estudar os mecanismos das trocas 
gasosas (compensação de O2 em 
situações normais e alteradas) 
 
 
A difusão efetiva de um gás ocorre na direção 
de menor concentração desse gás, ou seja, o 
gás flui das regiões de alta concentração para 
as regiões de baixa concentração, ou seja, 
onde existem menos moléculas. 
 
A taxa de difusão dos gases respiratórios 
(oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono) é 
proporcional à pressão causada por cada gás 
individualmente, denominada pressão parcial 
do gás. As pressões parciais são utilizadas 
para expressar as concentrações dos gases, 
pois são as pressões que fazem com que os 
gases se movimentem via difusão de uma 
parte do corpo para outra. As pressões 
parciais do oxigênio, do dióxido de carbono e 
do nitrogênio são designadas como PO2, 
PCO2 e PN2, respectivamente. A pressão 
parcial de um gás é calculada multiplicando-
se sua concentração fracional pela pressão 
total exercida por todos os gases. 
 
A pressão parcial de um gás em uma solução 
é determinada não só pela sua concentração, 
mas também pelo seu coeficiente de 
solubilidade. Algumas moléculas, 
especialmente o dióxido de carbono, são 
física e quimicamente atraídas pelas 
moléculas de água, o que permite que muito 
mais delas se dissolvam sem gerar excesso 
de pressão na solução. A relação entre a 
concentração do gás e a solubilidade do gás 
na determinação da pressão parcial de um 
gás é expressa pela lei de Henry: 
 
Pressão parcial = Concentração de gás 
dissolvido / Coeficiente de solubilidade 
 
SE LIGA! O ar possui uma composição 
aproximada de 79% de nitrogênio e cerca de 
21% de oxigênio. Em média, a pressão total 
ao nível do mar (pressão atmosférica) atinge 
760 mmHg; portanto, 79% dos 760 mmHg são 
causados pelo nitrogênio (cerca de 600 
mmHg) e 21% pelo oxigênio (cerca de 160 
mmHg). A PN2 na mistura é de 600 mmHg, a 
PO2 é de 160 mmHg; a pressão total é de 760 
mmHg, a qual é a soma das pressões parciais 
individuais. 
 
O CO2 é 20 vezes mais solúvel que o 
oxigênio. Portanto, a pressão parcial do CO2 
(em determinada concentração) é menos de 
um vinte avos da exercida pelo O2. A pressão 
parcial de cada gás na mistura dos gases 
respiratórios alveolares tende a forçar as 
moléculas do gás para a solução no sangue 
dos capilares alveolares. Por outro lado, as 
moléculas do mesmo gás que já estão 
dissolvidas no sangue se movem 
aleatoriamente no líquido do sangue, e 
algumas dessas moléculas em movimento 
escapam de volta aos alvéolos. A intensidade 
em que elas escapam é diretamente 
proporcional à sua pressão parcial no sangue. 
 
Mas em qual direção ocorrerá a difusão 
efetiva do gás? A resposta é que a difusão 
efetiva é determinada pela diferença entre as 
duas pressões parciais. Se a pressão parcial 
for maior na fase gasosa nos alvéolos, como 
normalmente é verdadeiro no caso do 
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oxigênio, então mais moléculas se difundirão 
para o sangue do que na outra direção. Por 
outro lado, se a pressão parcial do gás for 
maior no estado dissolvido no sangue, o que 
costuma ser no caso do CO2, então a difusão 
efetiva ocorrerá para a fase gasosa nos 
alvéolos. 
 
Quando ar não umidificado é inspirado para as 
vias aéreas, água imediatamente se evapora 
das superfícies dessas vias e umidifica o ar. 
Isso resulta do fato de que as moléculas de 
água, assim como as diferentes moléculas 
dos gases dissolvidos, estão continuamente 
escapando da superfície da água para a fase 
gasosa. A pressão parcial exercida pelas 
moléculas de água para escapar da superfície 
é denominada pressão de vapor da água. À 
temperatura corporal normal, 37°C, essa 
pressão de vapor é de 47 mmHg. Portanto, 
quando a mistura de gases fica totalmente 
umidificada — ou seja, quando está em 
“equilíbrio” com a água — a pressão parcial do 
vapor de água na mistura de gases é de 47 
mmHg. Essa pressão parcial, assim como as 
outras pressões parciais, é denominada 
PH2O. 
 
 
 
 
 
Os gases de importância respiratória são 
todos muito solúveis nos lipídeos e, em 
consequência, são altamente solúveis nas 
membranas celulares. Por conseguinte, a 
principal limitação ao movimento dos gases 
nos tecidos é a intensidade com que os gases 
conseguem se difundir pela água tecidual, em 
vez de através das membranas celulares. 
Portanto, a difusão dos gases pelos tecidos, 
incluindo a membrana respiratória, é quase 
igual à difusão dos gases na água 
 
 
Uma permanência adequada 
na altitude desenvolve uma série de 
alterações fisiológicas decorrente da pouca 
oferta de oxigênio. O organismo se adapta 
a processos agudos ou crônicos, ele 
aumenta o fluxo sanguíneo 
para compensar a redução de oxigênio e 
aumentar a concentração de hemoglobina. 
 
Composição do ar alveolar e a sua relação 
com o ar atmosférico 
 
O ar alveolar não tem, de forma alguma, as 
mesmas concentrações dos gases no ar 
atmosférico. Existem várias razões para essas 
diferenças. Primeira, o ar alveolar é 
substituído apenas parcialmente pelo ar 
atmosférico a cada respiração. Segunda, o O2 
é constantemente absorvido pelo sangue 
pulmonar do ar alveolar. Terceira, o CO2 se 
difunde constantemente do ar pulmonar para 
os alvéolos. E quarta, o ar atmosférico seco 
que entra nas vias respiratórias é umidificado 
até mesmo, antes de atingir os alvéolos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Realce
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A unidade respiratória (“lóbulo respiratório”) é 
formada pelo bronquíolo respiratório, ductos 
alveolares, átrios e alvéolos. Cerca de 300 
milhões de unidades respiratórias estão 
presentes nos dois pulmões. As paredes 
alveolares são extremamente finas, e entre os 
alvéolos há uma malha de capilares 
interconectados. Devido à extensão do plexo 
capilar, o fluxo de sangue na parede alveolar 
é descrito como “lâmina” de fluxo sanguíneo. 
Assim, os gases alveolares estão bastantes 
próximos do sangue dos capilares 
pulmonares. Além disso, a troca gasosa entre 
o ar alveolar e o sangue pulmonar ocorre 
através das membranas de todas as porções 
terminais dos pulmões, que são denominadas 
coletivamente como membrana respiratória 
ou membrana pulmonar. 
 
 
 
 
 
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